一种基于等效电压降落指标的分层电压控制系统及方法与流程

本发明涉及智能电网电压控制
技术领域：
，特别涉及一种基于等效电压降落指标的分层电压控制系统及方法。
背景技术：
：配电网中间歇式能源接入给电压控制提出了更高需求，与此同时，可控分布式电源、储能装置及新型DFACTs设备等可控元素的加入在相当程度上增大了配电网电压控制复杂程度，使现有的控制方式受到了挑战。IEEE1547标准规定了输出电压发生波动时切除分布式电源的最长动作时间，为使分布式电源更好地发挥效益而尽量避免其在电压波动时退出运行，需要更高的控制水平综合利用配电网的可控元素始终维持电压在正常范围内，或限制电压波动的时间不超过最长动作时间。然而中压配电网出于投资成本考虑，很少有在馈线上配置无功补偿装置及电压调节装置；另一方面中压配电网目前的自动化水平不高，三遥比例较低，并不具备可观测性，很多有效的控制策略都因为没有数据保障而无法实施。目前，对配电网电压控制技术主要存在以下三种方法：(1)分散式电压控制，其特点是基于就地信息直接对无功设备进行控制；(2)以电压越限恢复为出发点的集中式电压控制，这种电压控制策略根据实时采集到的值，通过启发式算法或一定的控制逻辑直接触发预定的控制流程来进行电压越限恢复。(3)以电压优化为出发点的集中式电压控制，这种控制策略是根据实时采集到的值，同时兼顾考虑网络结构等特点，通过一定的算法先统一输出所有控制设备的动作方式，随后再进行控制指令的下发。但是现阶段所述三种技术都存在相当的约束，分散式电压控制作为基于就地信息的电压控制方式在分布式电源接入后由于无法考虑分布式电源带来的电压升高影响容易导致误动作。以电压越限恢复为出发点的集中式电压控制，动作死区范围难以选择。灵敏度过高会导致设备发生反复震荡，死区范围设定过大，将导致部分间歇式能源波动导致的短时电压越限等情况不能及时做出反应。以电压优化为出发点的集中式电压控制需要加设传感器、遥控、布置通信网络，同时要保证SCADA信道的可靠性，在三遥比例较低的中压配电网实施具有相当的难度，从而在相当程度上增加控制成本。技术实现要素：本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种基于等效电压降落指标的分层电压控制系统及方法，利用等效电压降落指标对配电网进行分层电压控制，易实现，控制精度高，成本低。为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：本发明提供一种基于等效电压降落指标的分层电压控制系统，其包括：本地电压控制器以及区域协调电压控制器，所述本地电压控制器面向单条馈线，所述区域协调电压控制器面向变电站层级，影响所述变电站下属的所有馈线；所述本地电压控制器包括电压估计单元、等效电压降落指标计算单元以及本地调节单元；所述电压估计单元用于采集所述本地电压控制器所管理的分隔区域的实时量测量，根据此估计电压限值；所述等效电压降落指标计算单元用于计算所述本地电压控制器所管理的分隔区域的等效电压降落指标；所述本地调节单元用于判断该分隔区域内是否有电压超出预设范围电压限值，当电压超越电压限值的上限时，所述本地调节单元用于控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向所述区域协调电压控制器发送协助控制请求命令；当电压超越所述电压限值的下限时，所述本地调节单元用于判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若处于范围外，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压回复，或控制其所管理的分隔区域内以及分隔区域外的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向所述区域协调电压控制器发送协助控制请求命令；所述区域协调电压控制器用于接收所述本地调节单元发送的协助控制请求命令，并用于在接收到协助控制请求指令后计算有载调压变压器的档位，以使所有分隔区域内的电压值都位于所述电压限值的范围内。较佳地，当电压超越电压限值的上限时，所述本地电压控制器用于控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复具体为：所述本地电压控制器用于依次切除其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复；当电压超越所述电压限值的下限时，所述本地电压控制器用于判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若处于范围外，则控制其所管理的分隔区域内以及分隔区域外的无功设备使电压恢复具体为：所述本地电压控制器用于判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则依次投入其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复，若处于范围外，则投入其所管理的分隔区域内的所有无功设备，并依次投入其所管理的分隔区域外的无功设备直至电压恢复。较佳地，所述电压限值的上限为该分隔区域内的分布式电源所在点以及变压器出口节点中的电压最大值，所述电压限值的下限为该分隔区域内的最小电压似然值。较佳地，所述分隔区域包括：单端口区域和双端口区域两类，两类分隔区域内的最小电压似然值的计算公式为：对于所述单端口区域：其中，P1为单端口区域的有功功率，Q1为单端口区域的无功功率，U1为单端口区域的电压量测值；R分隔区域内线路总电阻，X为分隔区域内线路总电抗值；对于所述双端口区域：Jg1=P1′R+Q1′XJg2=P2′R+Q2′XPar1=U1′2P2′+U2′2P1′Par2=U1′2Q2′+U2′2Q1′Par3=(P1′R+Q1′X)(P2′R+Q2′X)Par4=U1P2+U2P1Par5=U1Q2+U2Q1;]]>其中，P1′、P2′分别表示双端口区域的有功功率，Q1′、Q2′分别表示双端口区域的无功功率，U1′、U2′分别表示双端口区域的电压量测值。较佳地，所述等效电压降落指标用于衡量分隔区域内的无功设备可调节能力，其计算公式为：对于所述单端口区域：Qmr＝Q1-Qremain；其中，Qmr为单端区域内的无功理论极限容量，Qremain为单端区域内的剩余无功容量；对于所述双端口区域：Jg1=P1′R+Qmr1XJg2=P2′R+Qmr2XPar1=U1′2P2′+U2′2P1′Par1=U1′2Qmr2+U2′2Qmr1Par3=(P1′R+Qmr1X)(P2′R+Qmr2X)Par4=U1′P2′+U2′P1′Par5=U1′Qmr2+U2′Qmr1Qmr1=Q1′-Q1′Qremain′Q1′+Q2′Qmr2=Q2′-Q2′Qremain′Q1′+Q2′;]]>其中，Qmr1，Qmr2分别为双端区域内的两端的无功理论极限容量，Qremain′为双端区域内的剩余无功容量。本发明还提供一种基于等效电压降落指标的分层电压控制方法，其包括以下步骤：S11：本地电压控制器采集其所管理的分隔区域的实时量测量，根据此估计电压水平并计算等效电压降落指标，判断是否出现电压超越电压限值，若出现电压超越所述电压限值的上限，则转入步骤S12，若出现电压超越所述电压限值的下限，则转入步骤S13；S12：所述本地电压控制器控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令，转入步骤S14；S13：所述本地电压控制器判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若处于范围外，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压回复，或控制其所管理的分隔区域内以及分隔区域外的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令，转入步骤S14；S14：所述区域协调电压控制器接收所述本地电压控制器发送的协助控制请求命令，并在接收到协助控制请求指令后计算有载调压变压器的档位，以使所有分隔区域内的电压值都位于所述电压限值的范围内。较佳地，所述步骤S12具体为：所述本地电压控制器用于依次切除其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令，转入步骤S14；所述步骤S13具体包括：S131：所述本地电压控制器判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则依次投入其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复，若处于范围外，则转入步骤S132；S132：所述本地电压控制器控制投入其所管理的分隔区域内的所有无功设备，若电压未恢复则转入步骤S133；S133：所述本地电压控制器控制依次投入其所管理的分隔区域外的无功设备直至电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令。较佳地，所述电压限值的上限为该分隔区域内的分布式电源所在点以及变压器出口节点中的电压最大值，所述电压限值的下限为该分隔区域内的最小电压似然值。较佳地，所述分隔区域包括：单端口区域和双端口区域两类，两类分隔区域内的最小电压似然值的计算公式为：对于所述单端口区域：其中，P1为单端口区域的有功功率，Q1为单端口区域的无功功率，U1为单端口区域的电压量测值；R分隔区域内线路总电阻，X为分隔区域内线路总电抗值；对于所述双端口区域：Jg1=P1′R+Q1′XJg2=P2′R+Q2′XPar1=U1′2P2′+U2′2P1′Par2=U1′2Q2′+U2′2Q1′Par3=(P1′R+Q1′X)(P2′R+Q2′X)Par4=U1P2+U2P1Par5=U1Q2+U2Q1;]]>其中，P1′、P2′分别表示双端口区域的有功功率，Q1′、Q2′分别表示双端口区域的无功功率，U1′、U2′分别表示双端口区域的电压量测值。较佳地，所述等效电压降落指标用于衡量分隔区域内的无功设备可调节能力，其计算公式为：对于所述单端口区域：Qmr＝Q1-Qremain；其中，Qmr为单端区域内的无功理论极限容量，Qremain为单端区域内的剩余无功容量；对于所述双端口区域：Jg1=P1′R+Qmr1XJg2=P2′R+Qmr2XPar1=U1′2P2′+U2′2P1′Par1=U1′2Qmr2+U2′2Qmr1Par3=(P1′R+Qmr1X)(P2′R+Qmr2X)Par4=U1′P2′+U2′P1′Par5=U1′Qmr2+U2′Qmr1Qmr1=Q1′-Q1′Qremain′Q1′+Q2′Qmr2=Q2′-Q2′Qremain′Q1′+Q2′;]]>其中，Qmr1、Qmr2分别为双端区域内的两端的无功理论极限容量，Qremain′为双端区域内的剩余无功容量。相较于现有技术，本发明具有以下优点：(1)本发明提供的基于等效电压降落指标的分层电压控制系统及方法，考虑了配电网可观测点不足的特点，通过分层控制框架对电压越限进行恢复；形成以本地电压控制器、区域协调电压控制器为代表的分层电压控制，基于等效电压降落指标，综合利用配电网中可控资源：分布式电源、无功补偿装置、可控负载以及可调变压器等无功控制设备实现快速、高效率的配电网电压控制；与传统控制方式相比，本发明可以有效避免电压控制需要加设传感器、遥控、布置通信网络等导致的控制成本提高的问题；(2)本发明利用等效电压降落指标以分层方式进行电压越限恢复，等效节点电压降落指标的使用可以有效提高电压越限恢复效率，尽量利用距离越限点较近的无功源完成电压恢复，避免长距离无功输送导致的能量损失；同时当发生较大功率波动时，利用该指标可以加速电压恢复速度，避免无功源依次动作时间过长导致分布式电源退出运行；(3)本发明通过本地电压控制器、区域协调电压控制器交互，使得电压越限恢复灵活性显著增加，当配电网二次扩建时，仅需要在新增分布式电源或无功设备到本地电压控制器的连线，可以较为方便的实现设备升级。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：图1为本发明的实施例的基于等效电压降落指标的分层电压控制系统的结构示意图；图2为本发明的实施例的配电网的结构图；图3为本发明的实施例的基于等效电压降落指标的分层电压控制方法的流程图。标号说明：1-本地电压控制器，2-区域协调电压控制器；11-电压估计单元，12-等效电压降落指标计算单元，13-本地调节单元。具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。结合图1-图2，对本发明的基于等效电压降落指标的分层电压控制系统进行详细描述，其结构示意图如图1所示，其包括：本地电压控制器1以及区域协调电压控制器2，本地电压控制器1面向单条馈线，协调电压控制器2面向变电站层级，影响变电站下属的所有馈线。安装有改控制系统的配电网结构图如图2所示，图2中的双向箭头即表示相互信息交互，本地电压控制器1以及区域协调电压控制器2协同工作，从配电网层面上完成基于有限量测量的配电网电压超限高效恢复。其中，本地电压控制器1包括：电压估计单元11、等效电压降落指标计算单元12以及本地调节单元13，电压估计单元11用于电压估计单元用于采集本地电压控制器所管理的分隔区域的实时量测量，根据此估计电压限值；等效电压降落指标计算单元12用于计算本地电压控制器所管理的分隔区域的等效电压降落指标；本地调节单元13用于判断该分隔区域内是否有电压超出预设范围电压限值，当电压超越电压限值的上限时，本地调节单元13用于控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令；当电压超越电压限值的下限时，本地调节单元用于判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若处于范围外，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压回复，或控制其所管理的分隔区域内以及分隔区域外的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令；区域协调电压控制器用于接收本地调节单元发送的协助控制请求命令，并用于在接收到协助控制请求指令后计算有载调压变压器的档位，以使所有分隔区域内的电压值都位于电压限值的范围内。较佳实施例中，本地调节单元13的具体调节方法为：当电压超越电压限值的上限时，本地调节单元用于依次切除其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复；当电压超越电压限值的下限时，本地调节单元用于判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于电压限值的范围内，若处于范围内，则依次投入其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复，若处于范围外，则投入其所管理的分隔区域内的所有无功设备，并依次投入其所管理的分隔区域外的无功设备直至电压恢复。本实施例中，电压估计单元采用分隔区域配电网估计方法，按照实时量测量获取点将配电网划分为若干连续分隔区域，电压限值的上限为该分隔区域内的分布式电源所在点以及变压器出口节点中的电压最大值，电压限值的下限为该分隔区域内的最小电压似然值。较佳实施例中，实时量测量包括配电网中各分布式电源所在点的有功功率、无功功率计电压量测值等。较佳实施例中，分隔区域包括：单端口区域和双端口区域两类，两类分隔区域内的最小电压似然值的计算公式为：对于单端口区域：其中，P1为单端口区域的有功功率，Q1为单端口区域的无功功率，U1为单端口区域的电压量测值；R分隔区域内线路总电阻，X为分隔区域内线路总电抗值；对于双端口区域：Jg1=P1′R+Q1′XJg2=P2′R+Q2′XPar1=U1′2P2′+U2′2P1′Par2=U1′2Q2′+U2′2Q1′Par3=(P1′R+Q1′X)(P2′R+Q2′X)Par4=U1P2+U2P1Par5=U1Q2+U2Q1;]]>其中，P1′、P2′分别表示双端口区域的有功功率，Q1′、Q2′分别表示双端口区域的无功功率，U1′、U2′分别表示双端口区域的电压量测值。等效电压降落指标利用无功源出力估计该分隔区域内的剩余无功容量，从而计算当分隔区域内的无功功率达到最大时线路的电压水平；该指标主要用于衡量分隔区域内的无功设备可调节能力，从而提高控制效率，其计算公式为：对于单端口区域：Qmr＝Q1-Qremain；其中，Qmr为单端区域内的无功理论极限容量，Qremain为单端区域内的剩余无功容量；对于双端口区域：Jg1=P1′R+Qmr1XJg2=P2′R+Qmr2XPar1=U1′2P2′+U2′2P1′Par1=U1′2Qmr2+U2′2Qmr1Par3=(P1′R+Qmr1X)(P2′R+Qmr2X)Par4=U1′P2′+U2′P1′Par5=U1′Qmr2+U2′Qmr1Qmr1=Q1′-Q1′Qremain′Q1′+Q2′Qmr2=Q2′-Q2′Qremain′Q1′+Q2′;]]>其中，Qmr1、Qmr2分别为双端区域内的两端的无功理论极限容量，Qremain′为双端区域内的剩余无功容量。由以上描述可知：本发明提出的等效电压降落指标是保证区域内最小电压估计似然值可通过区域内设备调节达到电压正常的充分非比较条件，所以此时可以通过判断该越限点所属区域等效电压降落指标是否处于电压限值范围内决定无功设备投入流程。若等效电压降落指标处于电压限值范围内，则可以保证通过区域内设备调节使电压恢复正常，所以选择依次投入该越限点所在分隔区域内无功设备直至电压恢复，这种控制方式可以有效提高电压越限恢复效率，尽量利用距离越限点较近的无功源完成电压恢复，避免长距离无功输送导致的能量损失；若处于范围外，则不能保证利用区域内无功设备完成电压恢复，为了避免无功设备依次动作时间过长导致分布式电源退出运行，直接投入该越限点所在分隔区域所有无功设备，并依次投入分隔区域外无功设备直至电压恢复，调节失败则向区域协调电压控制器2发送协助控制请求命令。区域协调电压控制器2在接收到协助请求命令后计算有载调压变压器动作指令，配合所述本地电压控制器1完成电压协调控制，使配电网所有节点电压值位于所要求的范围内。结合图3，对本发明的基于等效电压降落指标的分层电压控制方法进行详细描述，图3为其流程图，其包括以下步骤：S11：本地电压控制器通过RTU获取实时量测量，根据此估计电压水平并计算等效电压降落指标，判断是否出现电压超越电压限值，若出现电压超越所述电压限值的上限，则转入步骤S12，若出现电压超越所述电压限值的下限，则转入步骤S13；S12：本地电压控制器控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令，转入步骤S14；S13：本地电压控制器判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压恢复，若处于范围外，则控制其所管理的分隔区域内的无功设备使电压回复，或控制其所管理的分隔区域内以及分隔区域外的无功设备使电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令，转入步骤S14；S14：区域协调电压控制器接收本地电压控制器发送的协助控制请求命令，并在接收到协助控制请求指令后计算有载调压变压器的档位，以使所有分隔区域内的电压值都位于电压限值的范围内。本实施例中，步骤S12具体为：本地电压控制器用于依次切除其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令，转入步骤S14；步骤S13具体包括：S131：本地电压控制器判断其所管理的分隔区域内的等效电压降落指标是否处于所述电压限值的范围内，若处于范围内，则依次投入其所管理的分隔区域内的无功设备直至电压恢复，若处于范围外，则转入步骤S132；S132：本地电压控制器控制投入其所管理的分隔区域内的所有无功设备，若电压未恢复则转入步骤S133；S133：本地电压控制器控制依次投入其所管理的分隔区域外的无功设备直至电压恢复，若电压恢复失败则向区域协调电压控制器发送协助控制请求命令。综上所述，本发明综合考虑了配电网可观测点不足的特点，通过分层控制框架对电压越限进行恢复；形成以本地电压控制器、区域协调电压控制器为代表的分层电压控制，基于等效电压降落指标，综合利用配电网中分布式电源、无功补偿装置、可控负载以及可调变压器等无功控制设备实现快速、高效率的配电网电压控制。此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。当前第1页1 2 3